熱塑性碳纖維復合材料憑借出色的機械性能，被認為是未來(lái)碳纖維發(fā)展的重要方向，而航空航天、高端醫療等行業(yè)會(huì )是熱塑性碳纖維施展的重要舞臺。碳纖維增強聚醚醚酮 (CF/PEEK)是熱塑性碳纖維中性能的佼佼者，它不僅具備出色的強度重量比、熱穩定性和耐化學(xué)性，而且具備熱重塑的加工特性，后續可以更加靈活的加以利用。熱重塑并不是簡(jiǎn)單的加熱重新塑造外形這么簡(jiǎn)單，其中涉及到性能如何較大限度保留的問(wèn)題，智上新材料針對其中的一些關(guān)鍵性問(wèn)題做一些介紹。
　　
 
　　熱塑性CF/PEEK復合材料的熱重塑是什么意思？
　　
　　熱塑性CF/PEEK復合材料中的基體為聚醚醚酮（PEEK）特種塑料，這意味著(zhù)與之融合的復合材料可以在加熱狀態(tài)下重塑外形，而不會(huì )發(fā)生明顯的降解，這一點(diǎn)與熱固性碳纖維復合材料截然不同。熱重塑的加工過(guò)程并不是簡(jiǎn)單的加熱和二次塑形，通常會(huì )涉及到材料的玻璃化轉變溫度和熔化溫度，需要找到合適的溫度區間，才能完成熱重塑加工，形成新的形狀并冷卻固化，最重要的是不降低原有的性能。
　　
　　CF/PEEK熱重塑有什么優(yōu)勢？
　　
　　1、更環(huán)保：損壞或多余的復合材料可以重復利用，減少浪費，更利于環(huán)保。
　　
　　2、更靈活：需求變化時(shí)，碳纖維零部件可以進(jìn)行對應的外形調整，設計和加工更靈活。
　　
　　3、更高效：熱重塑的固化時(shí)間較短，節約時(shí)間成本，熱重塑后再次使用，生產(chǎn)更高效。
　　
 
　　CF/PEEK熱重塑對機械性能是否有影響？
　　
　　熱塑性碳纖維復合材料的熱重塑過(guò)程，可能會(huì )改變復合材料的微觀(guān)結構，同時(shí)機械性能也可能發(fā)生變化。機械性能中，拉伸強度、層間剪切強度和抗疲勞性等都是行業(yè)應用中極為看重的部分。如果熱重塑后相關(guān)性能大幅下降，那就需要改進(jìn)熱重塑的加工方式，或者選擇其他加工方式替代。
　　
　　1、拉伸強度：有研究發(fā)現，如果在一定條件下進(jìn)行熱重塑，并且加熱環(huán)節溫度分布均勻，則拉伸強度的損失可以忽略不計。
　　
　　2、彎曲強度：熱重復過(guò)程中，部分纖維會(huì )發(fā)生錯位，部分基體發(fā)生軟化，導致彎曲性能略有下降，下降幅度10~15%左右。
　　
　　3、使用壽命：熱重塑溫度略高于熔點(diǎn)時(shí)，通?？梢员３州^好的疲勞性能，降低對纖維的熱損傷，延長(cháng)使用壽命。
　　
 
　　CF/PEEK熱重塑過(guò)程中引發(fā)性能下降的直接因素有哪些？
　　
　　1、熱循環(huán)和結晶度：PEEK的半結晶結構在復合材料的機械性能中起著(zhù)關(guān)鍵作用，而在熱重塑過(guò)程中，過(guò)度加熱或長(cháng)時(shí)間熱暴露會(huì )破壞結晶區域，降低剛度和強度。后續控制冷卻可以使基體再結晶，恢復甚至改善其性能。
　　
　　2、纖維取向：在熱重塑過(guò)程中，纖維排列可能會(huì )根據變形程度而發(fā)生變化，纖維連續性發(fā)生錯位或斷裂都會(huì )降低承載能力，特別是對于拉伸和彎曲應用來(lái)說(shuō)，性能損失較為嚴重。
　　
　　3、接口完整性：碳纖維界面對于負載傳遞至關(guān)重要，由于熱膨脹不匹配或基體降解，熱重塑可能會(huì )削弱界面結合，導致層間剪切強度降低。通過(guò)優(yōu)化熱重復溫度和壓力，可以減少此類(lèi)影響。
　　
 
　　如何優(yōu)化生產(chǎn)流程，降低熱重塑對CF/PEEK制品的性能損失？
　　
　　雖然明確了熱重塑過(guò)程會(huì )對各項性能帶來(lái)一定的影響，也知曉了其中的哪些因素產(chǎn)生的影響較為突出，那么是否可以通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)流程、調整操作細節等方式，降低熱重塑加工對熱塑性CF/PEEK復合材料制品造成的性能損失呢？
　　
　　1、受控熱處理：使用校準良好的設備來(lái)保持一致的溫度，避免熱重塑過(guò)程中可能出現的過(guò)熱降解問(wèn)題。
　　
　　2、逐漸冷卻：采用逐漸冷卻的方式，確保受控重結晶以恢復基質(zhì)完整性。
　　
　　3、重塑外形限制：避免制品外形較大程度的發(fā)生變化，減少角度或彎曲半徑，以免影響纖維取向。
　　
　　4、后處理處理：使用退火等技術(shù)，來(lái)增強復合材料結晶度來(lái)幫助恢復機械性能。
　　
 
　　熱塑性碳纖維復合材料的熱重塑技術(shù)在當下來(lái)看并不成熟，因此造成的性能損失較難挽回，而且彌補性能的措施也相對較少，但該技術(shù)仍然具有較大的發(fā)展潛力。熱重塑可以有效提升熱塑性碳纖維制品的制造靈活性和可持續使用性，是降低生產(chǎn)成本和環(huán)保再利用成本的有效方式，如果在生產(chǎn)流程和操作細節上進(jìn)行優(yōu)化，配合天然的性能優(yōu)勢，確實(shí)是未來(lái)碳纖維復合材料發(fā)展的重要方向。